Preparación y comportamiento de falla de los electrolitos de gel para las baterías de estado sólido de metal de litio...

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Almacenamiento de energía

Sus antecedentes:

• Los electrolitos de polímero de gel (GPEs) ofrecen una alta seguridad y densidad de energía para las baterías de estado sólido de metal de litio.
• Las actuales baterías de estado sólido de múltiples capas y gran capacidad sufren una vida útil de ciclo pobre y retención de capacidad.
• La comprensión de los mecanismos de falla en las baterías de estado sólido multicapa es crucial para el avance tecnológico.

Objetivo del estudio:

• Para preparar un nuevo electrolito de polímero en gel utilizando fluoruro de polivinileno-hexafluoropropileno (PVDF-HFP) / poliacrilonitrilo (PAN) - perclorato de litio (LiClO4) - tantalato de litio-lantano-zirconio (LLZTO) mediante curado por rayos UV.
• Investigar el rendimiento y los mecanismos de falla de las baterías de estado sólido de una sola capa y de tres capas que utilizan este electrolito de gel compuesto.
• Proporcionar información sobre el diseño de electrolitos de gel mejorados para baterías de estado sólido de gran capacidad.

Principales métodos:

• Preparación del electrolito del polímero en gel PVDF-HFP/PAN-LiClO4-LLZTO mediante endurecimiento por rayos UV (0,01 m/min, 10 s, 30 °C, 365 nm).
• Ensamblaje y ensayo electroquímico de baterías de estado sólido de una y tres capas con el electrolito preparado.
• Análisis de la impedancia interfacial y de la retención de capacidad durante 100 ciclos.

Principales resultados:

• Las baterías de estado sólido de una sola capa exhibieron una velocidad y un rendimiento de ciclo superiores en comparación con las baterías de tres capas.
• La impedancia interfacial aumentó con el ciclo en ambas configuraciones, pero significativamente menos en las baterías de una sola capa (2,2 Ω a 4,8 Ω frente a 17 Ω a 42 Ω).
• Después de 100 ciclos, la retención de capacidad fue del 48, 9% para las baterías de una sola capa y del 15, 6% para las de tres capas.

Conclusiones:

• El electrolito de polímero de gel desarrollado es prometedor para las baterías de estado sólido.
• La estabilidad interfacial es un factor crítico que limita el rendimiento de las baterías de estado sólido multicapa.
• Las configuraciones de una sola capa ofrecen un mejor rendimiento a largo plazo y estabilidad interfacial para electrolitos de polímero de gel.